Water as a source of Phytophthora spp. and their threat to growing plantsWoda źródłem gatunków Phytophthora spp. oraz zagrożenie wynikające z ich występowania dla upraw

(1)

Water as a source of Phytophthora spp.

and their threat to growing plants

Woda źródłem gatunków Phytophthora spp.

oraz zagrożenie wynikające z ich występowania dla upraw

Leszek B. Orlikowski

1

, Aleksandra Trzewik

1

, Magdalena Ptaszek

1

, Dorota Tułacz

2

Summary

The subject of this study was the detection of Phytophthora species from different water sources such as in ponds situated in ornamental nurseries, canals draining off surplus water from nursery and rivers flowing through horticultural and forest areas. Baiting method was used for Phytophthora detection. Moreover pathogenicity of Phytophthora spp. to some plants commonly cultivated in container ornamental nursery was also estimated. The obtained isolates were identified to species on the base of their morphological features and polymerase chain reaction technique. The most often isolated were P. lacustris and P. plurivora, next P. cryptogea, P. citrophthora, and P. cactorum. In the laboratory trials all tested isolates colonized plant tissues.

Key words: sources of water, Phytophthora spp., detection, identification, colonization Streszczenie

Celem prowadzonych badań było wykrywanie gatunków Phytophthora w różnych źródłach wody: stawach zlokalizowanych na terenie szkółek roślin ozdobnych, kanałach odprowadzających nadmiar wody z kontenerowni oraz rzekach przepływających przez tereny ogrodnicze i leśne. Do izolacji Phytophthora z wody wykorzystano metodę pułapkową. Oceniano patogeniczność wybranych gatunków Phytophthora w stosunku do niektórych roślin powszechnie uprawianych w kontenerowych szkółkach. Identyfikację uzyskanych izolatów prowadzono w oparciu o dostępne klucze oraz przy wykorzystaniu techniki łańcuchowej reakcji polimerazy. Najczęściej izolowanymi gatunkami były: P. lacustris oraz P. plurivora, a następnie P. cryptogea, P. citrophthora i P. cactorum. Wykrywano je niezależnie od terminu detekcji, źródła wody oraz umiejscowienia cieków i zbiorników. W laboratoryjnych testach patogeniczności wszystkie badane izolaty Phytophthora kolonizowały tkanki roślin.

Słowa kluczowe: źródła wody, Phytophthora spp., wykrywanie, identyfikacja, kolonizacja

1

Instytut Ogrodnictwa

Konstytucji 3 Maja 1/3, 96-100 Skierniewice leszek.orlikowski@inhort.pl

2 _{Instytut Biofizyki i Biochemii Polskiej Akademii Nauk}

Pawińskiego 5a, 02-106 Warszawa

Institute of Plant Protection – National Research Institute Prog. Plant Prot./Post. Ochr. Roślin 52 (3): 646-650

(2)

Wstęp / Introduction

Gatunki rodzaju Phytophthora należą do

najgroźniej-szych patogenów roślin powodujących: nekrozę korzeni,

podstawy pędu, zgniliznę owoców i bulw (Erwin i Ribeiro

1996). Występują na wszystkich kontynentach poza

Antarktydą, doprowadzając niekiedy do znacznych strat

w ekosystemach, a w szczególności w szkółkach roślin

ozdobnych i leśnych (Orlikowski 2000; Orlikowski i wsp.

2004). W Polsce coraz częściej izoluje się gatunki tego

rodzaju z chorych roślin, gleby i wody (Orlikowski i wsp.

2008). Związane jest to m.in. ze wzrostem

mię-dzynarodowego obrotu materiałem roślinnym, zmianą

technologii uprawy roślin, głównie z ich produkcją w

po-jemnikach i systematycznym nawadnianiem oraz

nawo-żeniem (Orlikowski 2000; Brasier 2008). Duże ilości wody

niezbędnej do nawadniania upraw powodują wzrost

kosztów produkcji roślin, a ograniczenie możliwości

korzystania z wód głębinowych powoduje, że producenci

roślin korzystają z jej źródeł w lokalnych rzekach,

strumieniach czy wodach stojących. Spływający ze szkółek

nadmiar wody wraz z zarodnikami Phytophthora spp.

trafia do rzek i zbiorników wodnych, zanieczyszczając je

i dając możliwość ich roznoszenia na duże odległości. Przy

pobieraniu skażonej wody do podlewania roślin dochodzi

do wniesienia określonego gatunku Phytophthora do

uprawy (Orlikowski 2006). Okres ostatnich kilku lat to

wzrost zainteresowania wodą, jako jednym z głównych

źródeł tej grupy patogenów (Miligroom i Peever 2003;

Hong i Moorman 2005; Orlikowski 2006; Orlikowski

i wsp. 2008). Według Honga i Moormana (2005) woda

używana do podlewania i skażona przez gatunki rodzaju

Phytophthora jest głównym, jeśli nie jedynym, źródłem tej

grupy patogenów w szkółkach, sadach czy warzywnikach.

Celem prowadzonych badań było wykrywanie

ga-tunków Phytophthora w różnych źródłach wody oraz

ocena patogeniczność wybranych gatunków Phytophthora

w stosunku do roślin uprawianych w szkółkach

konte-nerowych.

Materiały i metody / Materials and methods

Do wykrywania gatunków Phytophthora wybrano

4 rzeki: Ner, Okrzesza, Skierniewka i Zwierzynka

przepływające przez tereny leśne, zagajniki, łąki oraz pola

uprawne województw łódzkiego i mazowieckiego, 4 stawy

oraz 2 kanały znajdujące się na terenie szkółek.

Do wykrywania gatunków rodzaju Phytophthora użyto

liści pułapkowych różanecznika (Rhododendron sp.)

od-miany Nova Zembla, stosując metodę opisaną przez

Themann i Werres (1998) oraz Orlikowskiego i wsp.

(2011). Przewiezione do laboratorium liście pułapkowe

odkażano powierzchniowo i ich fragmenty wykładano na

pożywkę glukozowo-ziemniaczaną (PDA – Potato

Dextro-se Agar, Merck). Kolonie wyrastające z wyłożonych

tkanek przeszczepiano na skosy z pożywką PDA.

Uzys-kane kultury Phytophthora oznaczano do gatunku na

podstawie ich cech morfologicznych (Erwin i Ribeiro

1996) oraz przy wykorzystaniu technik molekularnych

(Èrsek i wsp. 1994; Nechwatal i Mendgen 2006; Trzewik

i wsp. 2010; Boersma i wsp. 2000; Nechwatal i wsp.

2012).

Patogeniczność izolatów P. plurivora, P. lacustris,

P. citrophthora, P. cryptogea i P. cactorum, otrzymanych

z różnych źródeł wody, badano w warunkach

labo-ratoryjnych, inokulując pędy wierzby i cyprysika oraz

liście różanecznika. Na testowane organy roślin,

umiesz-czone w kuwetach wyłożonych wilgotną bibułą filtracyjną

i przykrytych plastikową siatką, nakładano 5 mm średnicy

krążki pożywki PDA przerośniętej badanym patogenem.

Długość i/lub średnicę nekrozy mierzono po 4–20 dniach

inkubacji w temperaturze 22–24°C. Doświadczenia

zało-żono w układzie bloków kompletnie losowanych w 4

pow-tórzeniach po 5 fragmentów roślin. Uzyskane wyniki

opra-cowano statystycznie metodą analizy wariancji. Istotność

różnic pomiędzy średnimi (p = 0,05) oceniano testem

t-Duncana.

Wyniki i dyskusja / Results and discussion

Występowanie Phytophthora spp. w badanych źródłach

wody stwierdzano przez cały rok. Najczęściej izolowanymi

gatunkami były: P. lacustris oraz P. plurivora, a następnie:

P. cryptogea, P. citrophthora i P. cactorum. Wykrywano

je niezależnie od terminu, źródła wody oraz

umiejscowienia cieków i zbiorników. Uzyskane wyniki

wskazują na związek pomiędzy składem gatunkowym

Phytophthora w wodzie a usytuowaniem rzek, kanałów

i

stawów. W rzekach przepływających przez tereny

ogrodnicze obok P. plurivora stwierdzono także P.

cacto-rum i P. citrophthora. Podobne zależności zaobserwowano

również w kanałach i stawach usytuowanych na terenie

gospodarstw szkółkarskich. Izolowane ze stawów i

kana-łów gatunki P. plurivora, P. cryptogea oraz P.

citrophtho-ra, to powszechne patogeny występujące w szkółkach roślin

ozdobnych. P. cactorum jest groźnym patogenem

nie-których podkładek wegetatywnych jabłoni (Bielenin i

Bo-recki 1970) oraz truskawek i agrestu (Meszka i Bielenin

2011), natomiast P. citrophthora to coraz częściej spotykany

czynnik chorobotwórczy roślin iglastych, liściastych oraz

bylin (Ptaszek 2008; Orlikowski i wsp. 2009). Obecność

wyżej wymienionych gatunków Phytophthora w wodzie jest

zapewne związana z ich występowaniem w szkółkach.

Wcześniejsze badania Orlikowskiego (2006) wskazywały na

wodę jako źródło gatunków rodzaju Phytophthora. Na

bukszpanie i żywotniku odmiany Fastigiata, podlewanymi

wodą ze zbiornika znajdującego się na terenie szkółki,

stwierdzono symptomy żółknięcia pojedynczych pędów,

rozszerzające się stopniowo, a następnie ich brązowienie,

a w przypadku żywotnika zamieranie wierzchołków pędów.

Analiza mikologiczna porażonych tkanek wykazała, że

przyczyną choroby był gatunek P. plurivora. Ghimre i wsp.

(2009) stwierdzili, że na zróżnicowanie gatunków

występujących w wodzie ma wpływ zakres i liczba

upra-wianych roślin, co potwierdziły przeprowadzone badania.

Spływający ze szkółek nadmiar wody wraz z zarodnikami

Phytophthora trafia do rzek i zbiorników wodnych,

zanie-czyszczając je i umożliwiając ich ponowne wprowadzenie

do uprawy podczas podlewania, przyczyniając się tym

samym do ich rozprzestrzeniania.

(3)

W warunkach laboratoryjnych wszystkie badane

izolaty Phytophthora, uzyskane z różnych źródeł wody,

kolonizowały tkanki testowanych roślin. W

doświad-czeniach z cyprysikiem Lawsona, najwolniejsze tempo

rozwoju nekrozy obserwowano na pędach

zainokulo-wanych kulturami P. cryptogea i P. plurivora, z kanału

w szkółce D (tab. 1, 2). Najszybszym kolonizatorem

pędów cyprysika okazał się izolat P. plurivora z rzeki

Okrzeszy i kanału w szkółce C (tab. 1), natomiast w

przy-padku P. cryptogea kultury izolowane z rośliny

gospo-darza oraz stawu w szkółce C (tab. 2). W doświadczeniach

z różanecznikiem szybszy rozwój nekrozy obserwowano,

gdy blaszki liściowe inokulowano izolatami P.

ci-trophthora aniżeli P. cactorum. Najbardziej patogeniczny

okazał się izolat P. citrophthora z kanału w szkółce C

(tab. 3). W testach z wierzbą nie stwierdzono istotnych

różnic w szybkości rozwoju zgnilizny na zainokulowanych

pędach roślin (tab. 4). W celu spełnienia postulatów Kocha

z tkanek z objawami chorobowymi reizolowano patogen

i ponownie potwierdzano jego przynależność gatunkową

za pomocą techniki łańcuchowej reakcji polimerazy ze

starterami gatunkowo-specyficznymi.

Tabela 1. Kolonizacja pędów cyprysika Lawsona odmiana Ellwoodii przez izolaty P. plurivora z różnych źródeł wody Table 1. Colonization of Lawsona cypress cultivar Ellwoodii shoot parts by P. plurivora from different sources of water

Długość nekrozy [mm] po dniach od inokulacji Length of necrosis [mm] days after inoculation Źródło izolatów P. plurivora

Source of P. plurivora isolates

7 13 20

Chamaecyparis lawsoniana 13,4 b 17,4 c 20,4 bc

Kanał w szkółce C – Nursery canal C 12,0 b 17,6 c 23,4 cd

Kanał w szkółce D – Nursery canal D 7,9 a 11,5 a 16,0 a

Rzeka Ner – Ner river 12,2 b 14,3 b 17,4 ab

Rzeka Okrzesza – Okrzesza river 14,4 b 20,4 d 24,2 d

Średnie w kolumnach, oznaczone tą samą literą, nie różnią się istotnie (5%) według testu Duncana Means within a column having letters in common do not differ significantly 5% according to Duncan’s test

Tabela 2. Kolonizacja pędów cyprysika Lawsona odmiana Ellwoodii przez izolaty P. cryptogea z różnych źródeł wody Table 2. Colonization of cypress Lawsona cultivar Ellwoodii shoot parts by P. cryptogea from different sources of water

Długość nekrozy [mm] po dniach od inokulacji Length of necrosis [mm] days after inoculation Źródło izolatów P. cryptogea

Source of P. plurivora isolates

7 13 20

Chamaecyparis lawsoniana 13,6 c 21,0 c 24,5 b

Kanał w szkółce D – Nursery canal D 8,6 a 11,5 a 13,8 a

Staw w szkółce C – Nursery pond C 13,9 c 18,0 b 21,4 b

Staw w szkółce D – Nursery pond D 9,2 ab 12,6 a 15,3 a

Rzeka Ner – Ner river 10,9 b 13,3 a 15,0 a

Tabela 3. Kolonizacja liści różanecznika przez izolaty P. citrophthora oraz P. cactorum z różnych źródeł wody Table 3. Colonization of Rhododendron leaf blades by P. citrophthora and P. cactorum from different sources of water

Średnica nekrozy [mm] po dniach inokulacji Diameter of necrosis [mm] days after inoculation Źródło izolatów Phytophthora spp.

Source of Phytophthora spp.

4 6 P. citrophthora

Kanał C – Nursery canal C 11,7 c 19,0 c

Kanał D – Nursery canal D 9,0 b 16,3 bc

Rzeka Skierniewka – Skierniewka river 8,5 b 13,0 ab

P. cactorum

Staw Radziwiłłów – Radziwiłłów pond 7,3 ab 14,0 ab

Rzeka Ner – Ner river 6,1 a 10,6 a

Rzeka Zwierzyniec – Zwierzyniec river 7,1 ab 11,1 a

(4)

Tabela 4. Kolonizacja pędów wierzby (Salix alba) przez izolaty P. lacustris z różnych źródeł wody i osadów dennych Table 4. Colonization of willow (Salix alba) by P. lacustris from different sourse of water and sediments

Średnica nekrozy [mm] po dniach inokulacji Lenght of necrosis [mm] days after inoculation Źródło izolatów P. lacustris

Source of P. lacustris

4 6 Rzeki – Rivers

Okrzesza 10,1 a 32,6 b

Zwierzyniec 15,8 b 35,3 b

Staw w szkółce – Nursery pond

Staw w szkółce Z – Nursery pond Z 20,6 b 34,6 b

Osady denne – Sediments

Rzeka Skierniewka – Skierniewka river 16,6 b 35,6 b

Staw w szkółce C – Nursery pond C 19,6 b 26,0 a

Staw w szkółce D – Nursery pond D 19,5 b 31,8 b

O występowaniu i zagrożeniu roślin przez gatunki

rodzaju Phytophthora dowodzą także badania

Mac-Donalda i wsp. (1994), Busha i wsp. (2003) oraz

Orli-kowskiego i wsp. (2010). Ponadto doniesienia Ptaszek

i wsp. (2011) potwierdzają chorobotwórczość izolatów

P. citrophthora i P. cinnamomi uzyskanych z wody

w stosunku do 4 gatunków roślin. W badaniach tych

wykazano, iż izolaty Phytophthora z wody kolonizują

tkanki roślin w

podobnym stopniu, jak z roślin

żywicielskich. Pozwala to na stwierdzenie, że

wystę-powanie patogenów rodzaju Phytophthora w wodzie

stwarza realne zagrożenie dla roślin zarówno w

śro-dowisku uprawowym, jak i naturalnym.

Wnioski / Conclusions

1. W 10 analizowanych źródłach wody stwierdzono

występowanie gatunków Phytophthora z dominacją:

P. lacustris, P. plurivora, P. cryptogea i P.

citro-phthora.

2. W warunkach laboratoryjnych potwierdzono

chorobo-twórczość izolatów Phytophthora z różnych źródeł

wody względem niektórych roślin uprawianych

w szkółkach kontenerowych.

3. Uzyskane dane wskazują na cieki i zbiorniki wodne,

jako istotne źródła gatunków Phytophthora.

Badania zostały sfinansowane przez Ministerstwo Nauki

i Szkolnictwa Wyższego, decyzja Nr 475/N-COST/

2009/0.

Literatura / References

Bielenin A., Borecki Z. 1970. Zgnilizna pierścieniowa podstawy pnia drzew owocowych powodowana przez grzyb Phytophthora cactorum (Leb. et Cohn) Schroet. Acta Agrobot. 23: 356–366.

Brasier C.M. 2008. The biosecurity threat to the UK and global environment from international trade plants. Plant Pathol. 57 (5): 792–808.

Boersma J.G., Cooke D.E.L., Sivasithamparam K. 2000. A survey of wildflower farms in the south-west of Western Australia for Phytophthora spp. associated with root rots. Aust. J. Exper. Agricult. 40: 1011–1019.

Bush E.A., Hong C.X., Stromberg E.L. 2003. Fluctuations of Phytophthora and Pythium spp. in components of recycling irrigation system. Plant Dis. 87: 1500–1506.

Èrsek T., Schoelz J.E., English J.T. 1994. PCR amplification of species-specific DNA sequences can distinguish among Phytophthora species. Appl. Environ. Microbiol. 60: 2616–2621.

Erwin D.C., Ribeiro O.K. 1996. Phytophthora Diseases Worldwide. APS Press, St. Paul, MN, 562 pp.

Ghimre S.R., Richardson P.A., Moorman G.W., Lea-Cox J.D., Ross D.S., Hong C.X. 2009. An in situ baiting bioassay for detection Phytophthora species in irrigation runoff containment basins. Plant Pathol. 58: 577–583.

Hong C.X., Moorman G.W. 2005. Plant pathogens in irrigation water: challenges and opportunities. Rev. Plant Sci. 24: 189–208. MacDonald J.D., Ali-Shtayeh M.S., Kabashima J. 1994. Occurrence of Phytophthora species in recilculated nursery irrigation effluents.

Plant Dis. 78: 607–611.

Meszka B., Bielenin A. 2011. Agrest – nowym gospodarzem dla Phytophthora cactorum. Prog. Plant Prot./Post. Ochr. Roślin 51 (3): 1184–1187.

Miligroom M.G., Peever T.L. 2003. Population biology of plant pathogens. Plant Dis. 87: 608–617.

Nechwatal J., Bakonyi J., Cacciola S.O., Cooke D.E.L., Jung T., Nagy Z.Á., Vannini A., Vettraino A.M., Brasier C.M. 2012. The morphology, behaviour and molecular phylogeny of Phytophthora taxon Salixsoil and its redesignation as Phytophthora lacustris sp. nov. Plant Pathology. doi: 10.1111/j.1365-3059.2012.02638.x.

(5)

Nechwatal J., Mendgen K. 2006. Widespread detection of Phytophthora taxon Salixsoil in the littoral zone of Lake Constance, Germany. Eur. J. Plant Pathol. 114: 261–264.

Orlikowski L.B. 2000. Najgroźniejsze patogeny w szkółkach roślin ozdobnych. Sylwan 4: 155–159.

Orlikowski L.B. 2006. Relationship between source of water used for plant sprinkling and occurrence of Phytophthora shoot rot and tip blight in container-ornamental nurseries. J. Plant Prot. Res. 46 (2): 163–168.

Orlikowski L.B., Duda B., Szkuta G. 2004. Phytophthora citricola on European beech and silver fir in Polish forest nurseries. J. Plant Prot. Res. 44 (1): 57–64.

Orlikowski L.B., Oszako T., Szkuta G. 2009. Phytophthora citrophthora – nowy patogen roślin ozdobnych i leśnych w Polsce. Prog. Plant Prot./Post. Ochr. Roślin 49 (2): 686–690.

Orlikowski L.B., Ptaszek M., Trzewik A., Orlikowska T. 2008. Increase of plant threat by Phytophthora species in Poland. Phytopathol. Pol. 48: 39–43.

Orlikowski L.B., Ptaszek M., Trzewik A., Orlikowska T. 2011. Przydatność pułapek liściowych do detekcji Phytophthora spp. z wody. Sylwan 155 (7): 493–499.

Orlikowski L.B., Ptaszek M., Trzewik A., Orlikowska T., Wojtkowska M. 2010. Występowanie Phytophthora spp. w wodzie i chorobotwórczość wybranych izolatów P. citricola dla roślin. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 554: 159–164.

Ptaszek M. 2008. Occurrence and harmfulness of Phytophthora citrophthora to some Saxifraga species and cultivars in Poland. Phytopathol. Pol. 48: 25–30.

Ptaszek M., Orlikowski L.B., Trzewik A., Orlikowska T., Lenc L. 2011. Chorobotwórczość izolatów Phytophthora spp. uzyskanych z cieków i zbiorników wodnych. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich 6: 187–194.

Themann K., Werres S. 1998. Vervendung von Rhododendronblattern zum Nachweis von Phytophthora-Arten in Wurzeln- und Bodenproben. Nachrichtenblatt des Deutsch. Pflanzenschutsd. 50: 37–45.

Trzewik A., Ptaszek M., Orlikowska T., Orlikowski L.B. 2010. Wykorzystanie techniki PCR w identyfikacji Phytophthora do gatunku. Prog. Plant Prot./Post. Ochr. Roślin 50 (2): 756–759.